DE2023601A1

DE2023601A1 - Removable heat pump with hermetic circuit

Info

Publication number: DE2023601A1
Application number: DE19702023601
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1970-05-14
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3696634A; DE2023601B2; DE2023601C3; CH524116A; US3797270A; GB1317274A; DE2065563A1; DE2065566A1

Description

DR. HANS KARL HACHDR. HANS KARL HACH WtNTANWAlTWtNTANWALT

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Ludwig· Ludin, Anglikon-Wohlen, AargauLudwig Ludin, Anglikon-Wohlen, Aargau

Demontierbare Wärmepumpe mit hermetischem KreislaufRemovable heat pump with hermetic circuit

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, bei der die Wärmetauscher als umlaufende Systeme ausgebildet sind, die gleichzeitig durch Zentrifugalkraft die Förderung der Luft bewirken, und bei der ein _ιυ Wärmetauscherläufer mit der Aussenluft kommuniziert, während der andere mit der Luft innerhalb eines z, B, zu kühlenden Raumes kommuniziert und wobei der Nabenbereich, der beide Wärmetauscher miteinander verbindet, die Wandung des zu kühlenden Raumes durchsetzt. Damit nur ein kleiner Durchbruch durch die Wandung erforderlich wird, ist einer der Wärmetauscher von dem Nabenbereich des anderen abmontierbar.The invention relates to a heat pump in which the heat exchangers are designed as circulating systems, which simultaneously effect the conveyance of the air by centrifugal force, and in which one _ιυ heat exchanger rotor communicates with the outside air, while the other with the air within a z, B, to communicates cooling space and wherein the hub area, which connects the two heat exchangers with each other, penetrates the wall of the room to be cooled. So that only a small opening through the wall is required, one of the heat exchangers can be removed from the hub area of the other.

Umlaufende Wärmetauscher an sich sind bekannt; bekannt sind auch Wärmepumpen, die aus zwei umlaufenden Wärmetauschern und einem mitumlaufenden Kompressor bestehen und die ein hermetisch abge-, dichtetes System bilden. · .Circulating heat exchangers are known per se; are also known Heat pumps, which consist of two circulating heat exchangers and a circulating compressor and which have a hermetically sealed, form a dense system. ·.

Diese letztgenannten Wärmepumpen benötigen in gleicher Weise wie Air Conditioner einen grossen Durchbruch durch die Wand des zu klimatisierenden Raumes,, j _t._; ■This latter heat pumps require in the same way as Air Conditioner a big break through the wall of the room to be conditioned ,, j _t. _; ■

Es gibt andererseits· Air Conditioner, die aus einem wärmeabgebenden Teil mit einem Kompressor bestehen, der ausserhalb des zu klimatisierenden Raumes, z.B. im Garten, angeordnet ist, und einem wärmeaufnehmenden Teil, der innerhalb des zu klimatisieren-On the other hand, there are · air conditioners that emit heat Part with a compressor, which is arranged outside the room to be air-conditioned, e.g. in the garden, and a heat-absorbing part, which is located within the

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den Raumes aufgestellt ist, sowie zwei Verbindungsleitungen. Diese im englischen Sprachkreis als "Split unit" bezeichneten Geräte benötigen nur einen kleinen Durchbruch durch die Wand, der ausreicht, um die beiden Kältemittelrohre hindurchzuführen.the room is set up, as well as two connecting lines. These Devices called "split units" in the English-speaking world only need a small opening through the wall, which is sufficient to pass the two refrigerant pipes.

Die Erfindung bezieht· sich auf eine umlaufende War« e{_:u.i)pe_t die in gleicher Weise wie die Split units nur eine sehr kleine öffnung in der Wand erforderlich macht, bei der dennoch alle Bauelemente des Kältekreislaufes eine Einheit bilden.The invention relates · on a circumferential War "e _{ui) pe _t the units makes in the same way as the split only a very small opening in the wall necessary, yet all the components of the refrigerant circuit form a unit in.

Die Erfindung löst die Aufgabe in der Weise, dass ein erster umlaufender Wärmetauscher mit dem Kompressor und einer Antriebseinheit zum Antrieb des umlaufenden Wärmetauschers zu einer Baueinheit zusammengefasst wird, die in einer Montageplatte ge- · lagert ist und einen Nabenbereich aufweist, der durch die Wandöffnung hindurchgeführt werden kann. Vom Innenräum her wird dann der zweite Rotor auf den Nabenbereich aufgesetzt.The invention solves the problem in such a way that a first circumferential Heat exchanger with the compressor and a drive unit for driving the circulating heat exchanger to one Component is combined, which is stored in a mounting plate and has a hub area that passes through the wall opening can be passed through. The second rotor is then placed on the hub area from the inside.

Da der Kältemittel-Kreislauf in einem hermetischen System nicht unterbrochen werden darf₄ sieht die Erfindung vor₄ den zweiten Wärmetauscher innerhalb des Nabenbereiches unterzubringen. Die thermische Verbindung zu den Rippen des zweiten Wärmetauschers erfolgt durch einen flüssigen Wärmeträger von hoher Grashof-Zahl, z.B. ein Methylalkohol-Wassergemisch. Die Umwälzung dieses flüssigen Wärmeträgers innerhalb des zweiten Wärmetauschers er-' folgt durch Schwerkraftwirkung zwischen den von den Rippen zum Zentrum hinführenden und den zurückführenden Leitungen.Since the refrigerant circuit must not be interrupted in a hermetic system ₄ , the invention provides ₄ to accommodate the second heat exchanger within the hub area. The thermal connection to the fins of the second heat exchanger is made by a liquid heat transfer medium with a high number of Grashofs, for example a methyl alcohol-water mixture. The circulation of this liquid heat transfer medium within the second heat exchanger takes place through the action of gravity between the lines leading from the ribs to the center and the lines leading back.

Der Antrieb des umlaufenden Wärmetauschers erfolgt durch ein Getriebe, welches das Drehmoment durch eine nicht magnetischeThe rotating heat exchanger is driven by a gearbox, which generates the torque through a non-magnetic one

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Wandung hindurch magnetisch überträgt.Wall through magnetically transfers.

An die Stelle des rotierenden Kompressors können auch Kompressoren mit hin und her gehenden Verdrängern oder aber auch elektronische Peltier-Elemente treten.Instead of the rotating compressor, compressors can also be used step with displacer going back and forth or electronic Peltier elements.

Die Erfindung soll anhand von Figurenbeispielen näher erläutert werden:The invention is to be explained in more detail with reference to figure examples:

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemässes Gerät in einem Schnitt , Figure 1 shows a device according to the invention in a section,

parallel zur Rotationsachse. Der erste umlaufende Wärmetauscher besteht aus Rippen 1, die von Rohren 2 durchzogen sind. Diese Rohre sind zur hohlen Radscheibe 3 hin geöffne^urid das Innere kommuniziert mit dem Ringraum 4. Die Radscheibe ist im Bereich 5 topfförmig geformt und nimmt die Kältemaschine in sich auf. Der Stator 6 des Elektromotors ist in diesen Topf hineingepresst und treibt den Anker 7 mit hoher Drehzahl an. Dieser Anker treibt den Läufer 8 des Rotationskompressors 9 an» Ausserdem treibt der Anker 7 einen aus permanentmagnetischem Werkstoff aufgebauten Läufer 10 an. Dieser Läufer induziert im Blechpaket magnetische Ströme, die in Verbindung mit dem Aussenmagneten zu einer Drehbewegung relativ zu dem mit der Montageplatte 13 starr verbundenen Magneten 12 führt, so dass das gesamte, aus Wärmetauscher und Kältemaschine bestehende System um die Achse X angetrieben wird. Das gesamte rotierende System ist durch die Lager 15 und 16 in der Montageplatte 13 gelagert. An der.hohlen Welle 18 ist ein Rohrgehäuse 19 befestigt. In diesem befindet sich ein zentrales Rohr 20, welches in ein Spiralwendel 21/21* aus dünnwandigem Rohr übergeht. Dieses Wendel mündet in ein gegenüber dem ersten zentralen Rohr 20 abgedichtetes zentralesparallel to the axis of rotation. The first circulating heat exchanger consists of ribs 1 through which tubes 2 pass. These tubes are open towards the hollow wheel disk 3 and the interior communicates with the annular space 4. The wheel disk is cup-shaped in the area 5 and accommodates the refrigerating machine. The stator 6 of the electric motor is pressed into this pot and drives the armature 7 at high speed. This armature drives the rotor 8 of the rotary compressor 9. In addition, the armature 7 drives a rotor 10 made of permanent magnetic material. This rotor induces magnetic currents in the laminated core, which, in conjunction with the external magnet, lead to a rotary movement relative to the magnet 12 rigidly connected to the mounting plate 13, so that the entire system consisting of heat exchanger and refrigeration machine is driven around axis X. The entire rotating system is supported by the bearings 15 and 16 in the mounting plate 13. A tubular housing 19 is attached to the hollow shaft 18. In this there is a central tube 20, which merges into a spiral helix 21/21 * made of thin-walled tube. This helix opens into a central tube which is sealed off from the first central tube 20

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Rohr 22. In dieses Rohr 22 hinein mündet eine Kapillare 23, die im Ringraum 24 (siehe Figur 5) ihren Anfang hat. In den Ringraum 24 hinein ragt ausserdem ein weiteres Rohr 25, und zwar radial weniger weit nach aussen als die Kapillare 23, Dieses Rohr 25 tritt in den Rotationskompressor 9 und bewerkstelligt die Schmierung von Kompressor und Motor.Tube 22. A capillary 23 opens into this tube 22, which in the annular space 24 (see Figure 5) has its beginning. Another pipe 25 also protrudes into the annular space 24, namely radially less far outwards than the capillary 23, this Tube 25 enters the rotary compressor 9 and provides the lubrication of the compressor and motor.

Die Ansaugung des Kompressors erfolgt durch die Öffnung 26. Das verdichtete Gas wird in den Raum 27 und dann in den Ringraum 4 gefördert und kondensiert in den Rohren 2/2^J, Das ent-• stehende Kondensat sammelt sich im Ringraum 24 an der Peripherie und verlässt durch die Kapillare 23 diesen Raum, um im zentralen Rohr 22 und dann im Spiralwendel 2l/21^J entspannt zu werden. Alsdann strömt das Gas durch das Zentralrohr 20 und das Innere der hohlen Welle 18 zur Öffnung 26, Der ganze beschriebene Kreislauf ist hermetisch abgedichtet. Durch einen Ring 32 wird ein Ringraum 33 gebildet, in dem sich das aus dem Kompressor mitaustretende Öl sammelt. Da die Ölmenge grosser ist als das Ringraum-Volumen 33, strömt ein Teil des Öles durch den Ringraum 4 in den Ringraum 24, In diesen hinein ragt das Rohr 25, Im Ringraum 24 schichtet sich das leichtere Öl als zweite Schicht 31 auf dem Kältemittel, Dort herrscht auch der höchste Systemdruck, Deshalb wird laufend Öl durch das Rohr 25 in den Spalt gepresst, in dem ein Druck herrscht, der etwa dem Ansaugdruck des Kompressors entspricht.The compressor is sucked in through the opening 26. The compressed gas is conveyed into the space 27 and then into the annular space 4 and condenses in the pipes 2/2 ^J. The resulting condensate collects in the annular space 24 at the periphery and leaves this space through the capillary 23 in order to be relaxed in the central tube 22 and then in the spiral helix 21/21 ^J. The gas then flows through the central tube 20 and the interior of the hollow shaft 18 to the opening 26. The entire circuit described is hermetically sealed. An annular space 33 is formed by a ring 32, in which the oil escaping from the compressor collects. Since the amount of oil is larger than the annulus volume 33, part of the oil flows through the annulus 4 into the annulus 24, the pipe 25 protrudes into this, in the annulus 24 the lighter oil is layered as a second layer 31 on the refrigerant, This is also where the highest system pressure prevails. For this reason, oil is continuously pressed through the pipe 25 into the gap in which there is a pressure which corresponds approximately to the suction pressure of the compressor.

Das Rohrgehäuse 19 wird durch einen Wanddurchbruch 35, dessen Durchmesser nur etwas grosser ist, hindurchgesteckt. Alsdann wird die Montageplatte 13 über die Zuganker 36 und einen Flansch 37 eingespannt. Danach wird der zweite umlaufende Wärmetauscher,The tubular housing 19 is pushed through a wall opening 35, the diameter of which is only slightly larger. Then the mounting plate 13 is clamped in via the tie rods 36 and a flange 37. Then the second circulating heat exchanger,

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welcher mit dem Rohr 38 eine Einheit bildet, durch axiales Aufschieben des Rohrs 38 über das Rohrgehäuse 19 aufgesetzt. Die Flüssigkeitsabdichtung erfolgt durch Dichtringe 39. Der zweite Umlaufwärmetauscher besitzt ebenfalls Rippen 40 und Wärmetauschrohre 41, die mit umlaufenden Ringkanälen 42which forms a unit with the tube 38, placed over the tube housing 19 by axially sliding the tube 38 on. The liquid is sealed by sealing rings 39. The second circulating heat exchanger also has ribs 40 and 40 Heat exchange tubes 41, which are provided with circumferential annular channels 42

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und radialen Kanäleji 43/43* kommunizieren. Die gradzahligen 'τΓ radialen Kanäle 43' kommunizieren mit einem Innenrohr 45,and radial channels 43/43 * communicate. The even 'τΓ radial channels 43' communicate with an inner tube 45,

während die ungradzahligen radialen Kanäle 43 entsprechend ™while the odd-numbered radial channels 43 correspond to ™

dem Pfeil 46 mit dem Innenraum des Rohrgehäuses 19 kommuni- . · zieren. An der Peripherie der Ringkanäle 42 befindet sich mindestens ein Stutzen 47, der durch Schrauben 48 verschliessbar ist. Nachdem der zweite Umlaufwärin<jl;uißchcr mlf.U;ln (luv Schraube 49 montiert wurde und das innere des Rohrgehäuöos ·the arrow 46 communicates with the interior of the tubular housing 19. · Adorn. At the periphery of the annular channels 42 there is at least one connection piece 47 which can be closed by screws 48. After the second circulation heatin <jl; uißchcr mlf.U; ln (luv screw 49 has been installed and the inside of the tubular housing

durch die Dichtringe 39 und 50 abgedichtet ist, wird am höchsten Punkt des Systems der Stutzen 47 goilffnut und eine WürmciLrägerflüssigkeit, z. B, Alkohol, in das hohle System eingefüllt, bis das Innere völlig gefüllt ist. Nach Inbetriebnahme der Wärmepumpe kühlen sich die Spiralwendel 21/21' stark ab. Diese nehmen alsdann Wärme aus der Wärmeträgerflüssigkeit auf, · Die abgekühlte Flüssigkeit strömt dann entsprechend dem Pfeil durch die ungradzahligen radialen Kanäle 43, alsdann durch die Wärmetauschrohre 41 über die Ringkanäle 42 in die benachbarten Eadialkanäle 43', von dort in die Wärmetauschrohre 41 und wieder zurück in die radialen Kanäle 43', Alsdann strömt die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit zum Innenrohr 45, womit der Kreislauf aufs Neue beginnt. Mindestens der im Raum liegende Wärmetauscher ist vorteilhaft von einem Gehäuse 52 umgeben.is sealed by the sealing rings 39 and 50, is highest Point of the system of nozzle 47 goilffnut and a Würmci carrier liquid, z. B, alcohol, poured into the hollow system until the inside is completely filled. After commissioning the heat pump the spiral coils 21/21 'cool down considerably. These then absorb heat from the heat transfer fluid, The cooled liquid then flows according to the arrow through the odd-numbered radial channels 43, then through the Heat exchange tubes 41 via the annular channels 42 into the adjacent radial channels 43 ', from there into the heat exchange tubes 41 and again back into the radial channels 43 ', then the heated Heat transfer fluid to the inner tube 45, with which the cycle begins again. At least the heat exchanger in the room is advantageously surrounded by a housing 52.

Das Rohrgehäuse 19 und das Rohr 38 sind ineinander verschieblich, ebenso das Innenrohr 45 in der Endplatte 30, so dass der Abstand The pipe housing 19 and the pipe 38 are displaceable in one another, as is the inner pipe 45 in the end plate 30, so that the distance

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der beiden Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Dicke der Wandung mit der Bohrung 35 eingestellt werden kann.of the two heat exchangers can be adjusted depending on the thickness of the wall with the bore 35.

Die Stromzuführung ist nicht gezeigt und erfolgt in an sich bekannter Weise durch Schleifringe oder induktuve Übertragungselemente, ..The power supply is not shown and takes place in a manner known per se by slip rings or inductive transmission elements, ..

Figur 2 zeigt den Bereich A aus Figur 1„ Figure 2 shows the area A from Figure 1 "

Figur 3 zeigt ein raumseitiges Gehäuse 52, Die Ansaugung der Raumluft erfolgt· durch Schlitze 60, während die Ausblasung durch vertikale Schlitze 61/61*, die in Figur 1 geschnitten dargestellt sind, erfolgt. Die Schlitze 61/61* werden zwischen Stegen 62/62* gebildet und versetzt dazu angeordnete Stege 63 bewirken, dass vom umlaufenden Wärmetauscher abspritzende Kondenswasser-• tropfen nicht in den Raum gelangen können, sondern sich in einer Wanne 64 im Gehäuse 52 sammeln. In den entstehenden Sumpf aus Kondenswasser hinein ragt die Radscheibe 65 und spritzt Wassertropfen gegen die Rinne 66. Das in Richtung 67 zurücklaufende Kondenswasser wird durch das Rohr 68 in Figur 1 geleitet, tritt aus der Mündung 69 aus und gelangt durch nicht gezeigte öffnungen auf die Rippen 1 des erhitzten Wärmetauschers, FIG. 3 shows a housing 52 on the room side. The room air is sucked in through slits 60, while it is blown out through vertical slits 61/61 *, which are shown in section in FIG. The slots 61/61 * are formed between webs 62/62 * and webs 63 arranged offset thereto ensure that drops of condensation water sprayed off by the circulating heat exchanger cannot get into the room, but collect in a trough 64 in the housing 52. The wheel disk 65 protrudes into the resulting sump of condensed water and sprays water droplets against the channel 66. The condensed water flowing back in the direction 67 is passed through the pipe 68 in FIG. 1, emerges from the mouth 69 and reaches the ribs through openings not shown 1 of the heated heat exchanger,

Im Ringraum 24 sammelt sich das spezifisch schwerere Kälte- ,,., mittel-Kondensat, in welches die Kapillare 23 hineinragt,, Darauf schwimmt eine ölschicht 31, in welche das Rohr 25 hineinragt.The specifically heavier cold, medium condensate, into which the capillary 23 protrudes, collects in the annular space 24 an oil layer 31 floats into which the pipe 25 protrudes.

Figur 4 zeigt schematisiert die Radscheibe GS des zweiten Wärmetauschers und die Aufteilung des Inraeren des doppelwandigen · Körpers in radial gerichtete Kanäle 43/43¹·. Di© Radialkanäle FIG. 4 shows schematically the wheel disk GS of the second heat exchanger and the division of the interior of the double-walled body into radially directed channels 43/43 ¹ . Di © radial channels

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43/43* sind durch Sicken 70 voneinander getrennt. Die Radialkanäle 43 kommunizieren mit dem Inneren des Rohrgehäuses 19, die Radialkanäle 43' mit dem Innenrohr 45.43/43 * are separated from one another by beads 70. The radial channels 43 communicate with the interior of the tubular housing 19, the radial channels 43 ′ with the inner tube 45.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch das Magnetgetriebe 10, 11, 12. Der äussere magnetische Läufer 12 weist Klauenpole 71 und 72 auf und ist axialmagnetisiert. Der innere Läufer 11 ist als Ringmagnet ausgebildet und über den Umfang zweipolig magnetisiert. Zwischen äusserem Läufer 12 und innerem Läufer 11 ist eine magnetisch durchlässige Trennwand 14 angeordnet. Das Blechpaket 11 besteht aus 4 Verbindungsstücken aus Weicheisen. Die Umdrehungszahlen zwischen dem äusseren Ring und dem inneren Ring verhalten sich wie das Verhältnis der Anzahl der "Pole, FIG. 5 shows a section through the magnetic gear 10, 11, 12. The outer magnetic rotor 12 has claw poles 71 and 72 and is axially magnetized. The inner rotor 11 is designed as a ring magnet and magnetized in two poles over the circumference. A magnetically permeable partition 14 is arranged between the outer runner 12 and the inner runner 11. The laminated core 11 consists of 4 connecting pieces made of soft iron. The number of revolutions between the outer ring and the inner ring behave like the ratio of the number of "poles,

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Claims

DK 6929 / la

Claim 1 ;

Circulating heat pump, consisting of two circulating, with air in the Wärmetau seh standing and this air moving heat exchangers, one of which forms a heat source and the other a heat sink, and a refrigerator, z. B. a compressor or a Peltier battery, wherein the three elements are combined into a rotating unit mounted in a stationary element, characterized in that one of the rotating heat exchangers (1, 2) together with the refrigeration machine (6, 7, 8 , 9) and a heat exchanger (21, 21 ^J ) designed for liquid are combined to form a hermetically sealed refrigeration machine circuit and that the interior of the second circulating heat exchanger (40, 41) is connected to a container (19 ), in which the heat exchanger (21, 21 *) designed for liquid is arranged, communicates, the interior of the heat exchanger (40, 41), the channels (43, 43 ') and the container (19) being filled with a liquid heat carrier is;

Claim 2;

Circulating heat pump according to claim 1, characterized in that an air-moving, first heat exchanger (1, 2) with a refrigeration machine (6, _4, 7, 8, 9) and one for liquid

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0 0 9 8 4 9/13310 0 9 8 4 9/1331

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designed heat exchanger (21, 21 *) are combined into a rotating unit, which is in a fixed. Mounting plate (13) is mounted;

Claim 3:

Circulating heat pump according to Claim I _4, characterized in that the heat exchanger (2Ij 21 ') designed for liquid is arranged within a tubular housing (19) forming a hub; .

Claim 4:

Circulating heat pump according to claims 1 and 3, characterized in that that the second circulating heat exchanger (40, 41) has a tube extension (38) in which the hub part (19) fits axially slidably therein;

Claim 5:

Circulating heat pump according to claim 4, characterized in that the fastening elements (49, 50, 22) of the second rotating heat exchanger (40, 41) a fixation of the axial distance between the rotating heat exchangers from one another enable;

Claim 6:

Circulating heat pump according to claim 1, characterized in that that the interior of the heat exchanger (40, 41, 43) is filled with a liquid whose freezing point is below the lowest temperatures occurring during operation and the highest possible specific heat, high thermal Expansion · and 'should have low kinematic toughness;

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Claim 7:

Circulating heat pump according to claim 6, characterized in that that the liquid consists essentially of alcohol;

Claim 8:

Circulating heat pump according to claim 1, characterized in that that in the periphery of a circulating heat exchanger, an annular space (24) is arranged into which a first Pipe (23) for discharging the condensate opens up close to the periphery and a second pipe (25) for forwarding the Oil has a greater distance from the periphery;

Claim 9:

A rotary heat pump according to claim 1, characterized in that the drive of of refrigerating machine (6, 7, 8, 9) and two heat exchangers (l _a 2 and 40, 41) assembly through a gearbox (1O ₄ 11, 12) takes place, which magnetically transmits the torque between at least two elements (11 and 12), a partition (14) being arranged in the magnetic air gap;

Claim 10;

Circulating heat pump according to claim 1, characterized in that the heat exchanger designed as a heat sink (40, 41) is surrounded by a housing (52) which means (62, 63) for collecting condensed water;

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Claim 11:
ii

Circulating heat pump according to claim 10, characterized in that a trough (64) is formed at the lowest point of the housing, from which a conveying device (65) condenses water through a pipeline
(68) conveyed to the heat exchanger (1, 2) delivering the heat; (f

Claim 12; "

Circulating heat pump according to claim 11, characterized in that that the conveyor from a spray disk (65), covering at least a quarter circle There is a channel (66) and a hose (68) attached to its lowest point

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